JP6185813B2

JP6185813B2 - イメージセンサ用ウエハ積層体の分断方法並びに分断装置

Info

Publication number: JP6185813B2
Application number: JP2013203711A
Authority: JP
Inventors: 剛博上村
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: KR20150037476A; CN104517826A; KR102243262B1; JP2015070135A; TW201513191A; CN104517826B; TWI603392B

Description

本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサのウエハレベルパッケージがパターン形成されたウエハ積層体を個片化するための分断方法並びにその分断装置に関する。

近年、低電力、高機能、高集積化が重要視されるモバイルフォン、デジタルカメラ、光マウス等の各種小型電子機器分野において、ＣＭＯＳイメージセンサの使用が急増している。

図８は、ＣＭＯＳイメージセンサのウエハレベルパッケージ（チップサイズの単位製品）Ｗ１の構成例を概略的に示す断面図である。ウエハレベルパッケージＷ１は、（個片化された）ガラスウエハ１と（個片化された）シリコンウエハ２とが樹脂隔壁４を挟んで接合された積層構造を有している。
シリコンウエハ２の上面（接合面側）にはフォトダイオード領域（センシング領域）３が形成され、その周囲を樹脂隔壁４が格子状に取り囲むように配置することで、フォトダイオード領域３が設けられた内側空間が気密状態になるようにしてある。さらに、（フォトダイオード領域３の外側の）シリコンウエハ２の上面には金属パッド５が形成され、この金属パッド５が形成された部分の直下にはシリコンウエハ２を上下に貫通するビア（貫通孔）６が形成されている。ビア６には電気的導電性に優れた導電材７が充填され、ビア６下端にははんだバンプ８が形成されている。このように、ビア６を形成するとともに導電材７を充填して電気的接続を行う構成をＴＳＶ（Through Silicon Via）という。
なお、上記したはんだバンプ８の下面に、所定の電気回路がパターニングされたＰＣＢ基板など（図示略）が接合される。

チップサイズの単位製品であるウエハレベルパッケージＷ１は、図８〜図１０に示すように、母体となる大面積のガラスウエハ１と大面積のシリコンウエハ２とが樹脂隔壁４を介して接合されたウエハ積層体Ｗの上に、Ｘ−Ｙ方向に延びる分断予定ラインＬで格子状に区分けされて多数個がパターン形成されており、このウエハ積層体Ｗが当該分断予定ラインＬに沿って分断されることにより、（個片化された）チップサイズのウエハレベルパッケージＷ１となる。

ところで、シリコンウエハを分断してウエハレベルパッケージの製品にする加工では、ＣＭＯＳイメージセンサ用を含め、従来から、特許文献１〜特許文献４に示すようなダイシングソーが用いられている。ダイシングソーは、高速回転する回転ブレードを備え、回転ブレードの冷却と切削時に発生する切削屑を洗浄する切削液を回転ブレードに噴射しながら切削するように構成されている。

特開平５−０９０４０３号公報特開平６−２４４２７９号公報特開２００２−２２４９２９号公報特開２００３−０５１４６４号公報

上記したダイシングソーは、回転ブレードを用いた切削による分断であるため、切削屑が多量に発生し、たとえ切削液で洗浄したとしても、切削液の一部が残留したり、或いは切削時の飛散により切削屑がパッケージ表面に付着することがあって、品質や歩留まりの低下の大きな原因となる。また、切削液の供給や廃液回収のための機構や配管を必要とするため装置が大掛かりとなる。加えて、切削によってガラスウエハを分断するものであるから、切削面に小さなチッピング（欠け）が発生することが多く、きれいな分断面を得ることができない。また、高速回転する回転ブレードの刃先はノコ歯状もしくは連続した凹凸状で形成されているため、刃先の摩耗や破損が生じやすく使用寿命が短い。さらに、回転ブレードの厚みは強度の面からあまり薄くすることができず、小径のものであっても６０μｍ以上の厚みで形成されているので、切削幅がそれだけ必要となって材料の有効利用が制限される要因の一つにもなるなどの問題点があった。

そこで本発明は、上記した従来課題の解決を図り、ダイシングソーを用いることなく、ドライ方式の簡単な手法で効果的に、かつ、きれいに分断することができるイメージセンサウエハ・パッケージの分断方法並びにその装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明では次のような技術的手段を講じた。すなわち本発明の分断方法は、ガラスウエハと、複数のフォトダイオード形成領域が縦横にパターン形成されたシリコンウエハとが、前記各フォトダイオード形成領域を囲むように配置された樹脂層を介して貼り合わされた構造を有するイメージセンサ用のウエハ積層体の分断方法であって、円周稜線に沿って所定の刃先角度を有する刃先が形成されたガラス用スクライビングホイールを、前記ガラスウエハの外表面の分断予定ラインに沿って押圧しながら転動させることによって、ガラスウエハの外表面にスクライブラインを形成するガラススクライブ工程、及び、先端にダイヤモンドによる突状の刃先を有するダイヤモンドポイントカッタ、又は、前記ガラス用スクライビングホイールよりも円周稜線に沿った刃先角度が小さい刃先が形成されたシリコン用スクラビングホイールを、前記シリコンウエハの外表面の分断予定ラインに沿って押圧しながら移動又は転動させることによって、シリコンウエハの外表面にスクライブラインを形成するシリコンスクライブ工程を有し、前記ガラススクライブ工程及びシリコンスクライブ工程に次いで、前記シリコンウエハの外表面側、又は、ガラスウエハの外表面側から前記スクライブラインに沿って押圧部材を押しつけることにより、前記ウエハ積層体を撓ませてガラスウエハ並びにシリコンウエハを、それぞれのスクライブラインに沿って分断する分断工程を有するようにした。
ここで、押圧部材は、シリコンウエハの外表面側から押しつけてもよく、ガラスウエハの外表面側から押しつけてもよいが、一般にガラスウエハの方が分断されにくい傾向があるため、シリコンウエハの外表面側から押しつけることが好ましい。
また、ガラススクライブ工程とシリコンスクライブ工程とはどちらを先に実行してもよく、ガラスウエハの外表面とシリコンウエハの外表面とを同時にスクライブしてもよいが、特に分断工程においてシリコンウエハの外表面に押圧部材を押しつける場合には、ウエハ積層体の反転等の点より、ガラススクライブ工程を先に実行することが好ましい。

また、別の観点からなされた本発明の分断装置は、ガラスウエハと、複数のフォトダイオード形成領域が縦横にパターン形成されたシリコンウエハとが、前記各フォトダイオード形成領域を囲むように配置された樹脂層を介して貼り合わされた構造を有するイメージセンサ用のウエハ積層体の分断装置であって、リング体からなり円周稜線に沿って所定の刃先角度を有し、前記ガラスウエハの外表面の分断予定ラインに沿って押圧しながら転動することによって、前記ガラスウエハの外表面にスクライブラインを形成するガラス用スクライビングホイールと、先端部にダイヤモンドによる突状の刃先が形成され、前記シリコンウエハの外表面の分断予定ラインに沿って押圧しながら移動することによって、シリコンウエハの外表面にスクライブラインを形成するダイヤモンドポイントカッタ、又は、前記ガラス用スクライビングホイールよりも円周稜線に沿った刃先角度が小さく、前記シリコンウエハの外表面の分断予定ラインに沿って押圧しながら転動することによって、シリコンウエハの外表面にスクライブラインを形成するシリコン用スクラビングホイールとのいずれかと、前記シリコンウエハの外表面側又は前記ガラスウエハの外表面側から前記スクライブラインに沿って押圧することにより、前記ウエハ積層体を撓ませて、前記ガラスウエハ並びにシリコンウエハを前記それぞれのスクライブラインに沿って分断する押圧部材とを備えるようにしている。
本発明において、前記ガラス用スクライビングホイールは、円周稜線に沿って溝又は切欠きが形成され、残存した稜線（突起）が刃先となるスクライビングホイールであって、ガラスウエハへのカカリ及び／又はスクライブラインに沿って形成される垂直クラックのガラスウエハの厚み方向への伸展（浸透性）が良好なスクライビングホイールとしてもよく、また、円周稜線に沿って溝及び切欠きが形成されていない通常のスクライビングホイールであってもよい。前記ガラス用スクライビングホイールは、円周稜線に対して垂直方向の断面における刃先先端の角度（刃先角度）が、例えば、９５度〜１５５度であることが好ましい。
一方、前記シリコン用スクライビングホイールは、円周稜線に沿って溝及び切欠きが形成されていない通常のスクライビングホイールであり、刃先角度が、ガラス用スクライビングホイールの刃先角度よりも小さいスクライビングホイール（例えば、刃先角度：８５度〜１３５度）であることが好ましい。
なお、上述したガラス用スクライビングホイールとシリコン用スクライビングホイールの好ましい範囲は一部重複しているが（９５度〜１３５度）、たとえ、この数値範囲のホイールを使用する場合であっても、シリコン用スクライビングホイールの刃先角度が、ガラス用スクライビングホイールの刃先角度よりも相対的に小さくなるように組み合わせたホイールの対を使用することが必要である。

本発明によれば、押圧部材の押しつけによって、ガラスウエハ並びにシリコンウエハのそれぞれに形成したスクライブラインに沿って分断されるものであるから、従来のダイシングソーの切削による場合のような大きな切削幅を必要とせず、材料を有効利用することができる。また、切削による場合のようなチッピングや切屑などの発生を抑制することができ、きれいな切断面で歩留まりよく分断することができる。特に、シリコンウエハのスクライブにダイヤモンドポイントカッタを使用する場合には、ダイヤモンドポイントカッタが固定刃であることとあいまって、シリコンウエハに低荷重でスクライブラインを形成することができるので、シリコンウエハの切断端面にチッピング等の不要な疵が形成されにくいという利点もある。また、シリコンウエハのスクライブにシリコン用スクライビングホイールを使用する場合には、刃先角度がガラス用スクライビングホイールの刃先角度よりも小さいシリコン用スクライビングホイールを使用することによって、相対的に低荷重でスクライブラインを形成することができるので、シリコンウエハの切断端面におけるチッピング等の不要な疵の発生を抑制することができる。

特に本発明では、従来のダイシングソーのような切削液を使用せず、ドライ環境下で分断するものであるから、切削液の供給や廃液回収のための機構や配管を省略でき、かつ、切断後の洗浄や乾燥工程も省略できて装置をコンパクトに構成することができる。また、円周稜線に沿って刃先を有するリング体で形成されたスクライビングホイールや、刃体の先端部にダイヤモンドによる刃先を備えたダイヤモンドポイントカッタは、歯こぼれ等が生じやすい従来の回転ブレードに比べて使用寿命が長いので、ランニングコストを抑えることができるといった効果がある。

本発明の分断方法の第一段階を示す図。本発明の分断方法の第二段階を示す図。本発明の分断方法の第三段階を示す図。図３の別実施例を示す図。本発明に用いるスクライビングホイールとそのホルダ部分を示す図。本発明に用いるダイヤモンドポイントカッタとそのホルダ部分を示す図。本発明に用いられるスクライブ機構の概略的な正面図。ＣＭＯＳイメージセンサ用のウエハレベルパッケージの一例を示す断面図。母材となるＣＭＯＳイメージセンサ用ウエハ積層体の一部を示す断面図。図８のＣＭＯＳイメージセンサ用ウエハ積層体を示す概略的な平面図。

以下、本発明に係るイメージセンサ用のウエハ積層体の分断方法の詳細を、図面に基づいて説明する。
図１は本発明の分断方法の第一段階である、加工対象となるＣＭＯＳイメージセンサ用のウエハ積層体Ｗの一部断面を示すものである。ウエハ積層体Ｗの構造は、上述した図８〜図１０に示したものと基本的に同じ構造である。
すなわち、母体となる大面積（例えば直径８インチ）のガラスウエハ１と、その下面側に配置されるシリコンウエハ２とが格子状の樹脂隔壁４を介して接合される。
シリコンウエハ２の上面（接合面側）にはフォトダイオード形成領域（センシング領域）３が設けられている。フォトダイオード領域３にはフォトダイオードアレイが形成されており、イメージセンサの受光面として機能する。そして、フォトダイオード領域３近傍には、金属パッド５が形成され、この金属パッド５が形成された部分の直下にはシリコンウエハ２を上下に貫通するビア（貫通孔）６が形成されている。ビア６には電気的導電性に優れた導電材７が充填され（ＴＳＶ）、ビア６下端にははんだバンプ８が形成されている。なお、上記したはんだバンプ８の下面に、所定の電気回路がパターニングされたＰＣＢ基板など（図示略）が接合される。
このＣＭＯＳイメージセンサ用ウエハ積層体Ｗは、図１０に示したようにＸ−Ｙ方向に延びる格子状の分断予定ラインＬに沿って分断されることにより個片化され、チップサイズの単位製品であるウエハレベルパッケージＷ１が取り出されることになる。

次に分断加工手順について説明する。ウエハ積層体Ｗを図１０の分断予定ラインＬに沿って分断する際に、最初に、図５に示すようなスクライビングホイール１０を用いてガラスウエハ１の表面にスクライブラインＳ１を加工する。
スクライビングホイール１０は、超硬合金や焼結ダイヤモンドなどの工具特性に優れた材料で形成されており、円周稜線（外周面）に刃先１０ａが形成されている。具体的には直径が１〜６ｍｍ、好ましくは１．５〜４ｍｍで刃先角度が８５〜１５０度、好ましくは１０５〜１４０度のものを使用するのが好ましいが、加工されるガラスウエハ１の厚みや種類に応じて適宜選択される。
このスクライビングホイール１０はガラス用であり、ホルダ１１に回転可能に支持され、昇降機構１２を介してスクライブ機構Ａのスクライブヘッド２４（図７参照）に取り付けられている。

スクライブ機構Ａは、ウエハ積層体Ｗを載置して保持するテーブル１５を備えている。テーブル１５は、水平なレール１７に沿ってＹ方向（図７の前後方向）に移動できるようになっており、モータ（図示略）によって回転するネジ軸１８により駆動される。さらにテーブル１５は、モータを内蔵する回転駆動部１９により水平面内で回動できるようになっている。

テーブル１５を挟んで設けてある両側の支持柱２０、２０と、Ｘ方向に水平に延びるビーム（横桟）２１とを備えたブリッジ２２が、テーブル１５上を跨ぐようにして設けられている。ビーム２１には、Ｘ方向に水平に延びるガイド２３が設けられ、このガイド２３に上記したスクライブヘッド２４が、モータＭによってビーム２１に沿ってＸ方向に移動できるように取り付けられている。また、スクライブヘッド２４には、スクライビングホイール１０とともに後述するダイヤモンドポイントカッタ２５も取り付けられている。

上記したスクライブ機構Ａのテーブル１５上に、図１に示すように、ガラスウエハ１を上向きにした状態でウエハ積層体Ｗを載置し、スクライビングホイール１０をガラスウエハ１の外表面で分断予定ラインに沿って押圧しながら転動させることにより、ガラスウエハ１にスクライブラインＳ１を形成する。なお、スクライブラインＳ１はウエハレベルパッケージＷ１の樹脂隔壁４の外側に形成される。

次いで第二段階として、図２に示すようにウエハ積層体Ｗを反転し、ダイヤモンドポイントカッタ２５を、シリコンウエハ２の外表面の分断予定ラインに沿って押圧しながら移動させることによって、シリコンウエハ２の外表面にスクライブラインＳ２を形成する。
ダイヤモンドポイントカッタ２５は、図６に示すように、刃体２５ａの先端下面にダイヤモンドによる突状の刃先２５ｂを備えており、ホルダ２６に取り付けられている。ホルダ２６は、スクライビングホイール１０と同様に、昇降機構２７を介して上記したスクライブ機構Ａのスクライブヘッド２４に保持され、分断予定ラインの方向に沿って移動できるように形成されている。

続いて第三段階として、図３に示すように、下側になっているガラスウエハ１の外表面で、スクライブラインＳ１を挟むようにその両脇に沿って延びる左右一対の受台１３、１３を配置し、上側になっているシリコンウエハ２の外表面からスクライブラインＳ２に向けて押圧部材１４を押しつける。本実施例では、この押圧部材１４として長尺で板状のブレイクバーを用いたが、これに換えて押しつけながら転動するローラで形成することもできる。押圧部材１４としてのブレイクバーは、流体シリンダなどの昇降機構（図示略）を介して上下に昇降できるように形成されている。

この押圧部材１４を押しつけることにより、ガラスウエハ１並びにシリコンウエハ２が押圧方向とは反対側に撓んで、ガラスウエハ１のスクライブラインＳ１並びにシリコンウエハ２のスクライブラインＳ２に沿って亀裂が厚み方向に浸透して分断され、これにより個片化されたウエハレベルパッケージＷ１が分断予定ラインに沿って完全分断される。
この撓みによる分断において、ガラスウエハ１もシリコンウエハ２もそれぞれのスクライブラインＳ１、Ｓ２から亀裂が厚み方向に浸透して分断されるものであるから、従来のダイシングソーによる切削加工の場合のような切削幅を必要とせず、材料を有効利用することができるとともに、切削による場合のようなチッピングや切屑などの発生を抑制することができて、きれいな切断面で歩留まりよく分断することができる。

また、本発明では従来のダイシングソーのように切削液を使用せず、ドライ環境下で分断するものであるから、切削液の供給や廃液回収のための機構や配管を省略でき、かつ、切断後の洗浄や乾燥工程も省略できて、装置をコンパクトに構成することができる。さらに、本発明で用いた円周稜線に沿って刃先１０ａを有するリング体で形成されたスクライビングホイール１０や、刃体２５ａの先端部にダイヤモンドによる刃先２５ｂを備えたダイヤモンドポイントカッタ２５は、歯こぼれなどが生じやすい従来の回転ブレードに比べて使用寿命が長いので、ランニングコストを安く抑えることができる。

本発明において、押圧部材１４によるブレイク加工時に、ガラスウエハ１を受ける左右一対の受台１３、１３に換えて、図４に示すように、ガラスウエハ１が撓む程度に凹ませることが可能な厚みを有するクッション材１６を、ガラスウエハ１のスクライブラインＳ１形成面に接して配置するようにしてもよい。

以上本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に特定されるものではない。例えば上記実施例では、スクライビングホイール１０とダイヤモンドポイントカッタ２５とを共通のスクライブヘッド２４に保持させたが、それぞれを別のスクライブヘッドに保持するように構成してもよい。
また、ダイヤモンドポイントカッタ２５に換えて、ガラス用スクライビングホイール１０よりも刃先角度が小さいシリコン用スクライビングホイールを使用してもよい。
その他本発明ではその目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。

本発明の分断方法は、ガラスウエハとシリコンウエハを貼り合わせたウエハ積層体の分断に利用できる。

Ａスクライブ機構
Ｓ１ガラスウエハのスクライブライン
Ｓ２シリコンウエハのスクライブライン
Ｗウエハ積層体
Ｗ１ウエハレベルパッケージ
１ガラスウエハ
２シリコンウエハ
１０スクライビングホイール
１０ａ刃先
１４押圧部材
１５テーブル
２５ダイヤモンドポイントカッタ
２５ａ刃体
２５ｂ刃先

Claims

ガラスウエハと、複数のフォトダイオード形成領域が縦横にパターン形成されたシリコンウエハとが、前記各フォトダイオード形成領域を囲むように配置された樹脂層を介して貼り合わされた構造を有するイメージセンサ用のウエハ積層体の分断方法であって、
円周稜線に沿って所定の刃先角度を有する刃先が形成されたガラス用スクライビングホイールを、前記ガラスウエハの外表面の分断予定ラインに沿って押圧しながら転動させることによって、ガラスウエハの外表面にスクライブラインを形成するガラススクライブ工程、及び、
先端にダイヤモンドによる突状の刃先を有するダイヤモンドポイントカッタ、又は、前記ガラス用スクライビングホイールよりも円周稜線に沿った刃先角度が小さい刃先が形成されたシリコン用スクラビングホイールを、前記シリコンウエハの外表面の分断予定ラインに沿って押圧しながら移動又は転動させることによって、シリコンウエハの外表面にスクライブラインを形成するシリコンスクライブ工程を有し、
ガラススクライブ工程及びシリコンスクライブ工程に次いで、前記シリコンウエハの外表面側、又は、ガラスウエハの外表面側から前記スクライブラインに沿って押圧部材を押しつけることにより、前記ウエハ積層体を撓ませてガラスウエハ並びにシリコンウエハを、それぞれのスクライブラインに沿って分断する分断工程を有するようにしたイメージセンサ用のウエハ積層体の分断方法。
前記ウエハ積層体は、ＴＳＶが形成されているＣＭＯＳイメージセンサ用であることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ用のウエハ積層体の分断方法。
ガラスウエハと、複数のフォトダイオード形成領域が縦横にパターン形成されたシリコンウエハとが、前記各フォトダイオード形成領域を囲むように配置された樹脂層を介して貼り合わされた構造を有するイメージセンサ用のウエハ積層体の分断装置であって、
リング体からなり円周稜線に沿って所定の刃先角度を有し、前記ガラスウエハの外表面の分断予定ラインに沿って押圧しながら転動することによって、前記ガラスウエハの外表面にスクライブラインを形成するガラス用スクライビングホイールと、
先端部にダイヤモンドによる突状の刃先が形成され、前記シリコンウエハの外表面の分断予定ラインに沿って押圧しながら移動することによって、シリコンウエハの外表面にスクライブラインを形成するダイヤモンドポイントカッタ、又は、前記ガラス用スクライビングホイールよりも円周稜線に沿った刃先角度が小さく、前記シリコンウエハの外表面の分断予定ラインに沿って押圧しながら転動することによって、シリコンウエハの外表面にスクライブラインを形成するシリコン用スクラビングホイールとのいずれかと、
前記シリコンウエハの外表面側又は前記ガラスウエハの外表面側から前記スクライブラインに沿って押圧することにより、前記ウエハ積層体を撓ませて、ガラスウエハ並びにシリコンウエハを前記それぞれのスクライブラインに沿って分断する押圧部材とを備えたことを特徴とするイメージセンサ用のウエハ積層体の分断装置。